JP2014097157A - 超音波プローブ及び超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電流制限器とインダクタとを使用して小型化した超音波プローブを提供する。
【解決するための手段】 被検体を超音波診断する超音波診断装置（１０１）に接続される超音波プローブ（２０）である。超音波プローブは、被検体に超音波を送信するとともに被検体から反射される超音波エコーを受信するトランスデューサ素子（Ｔｒ）と、トランスデューサ素子に並列に接続され超音波エコーの周波数を調整するインダクタ（１６）と、インダクタに接続されインダクタに流れる電流を所定電流以下に制限する電流制限器（１８）と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、超音波ブローブ、その超音波プローブを備える超音波診断装置に関する。

超音波診断装置においては、超音波プローブに設けられた複数のトランスデューサ素子から被検体に対して超音波の送信を行い、各トランスデューサ素子で被検体から反射される超音波エコーを受信する。各トランスデューサ素子は、超音波の周波数を調整するためインダクタが接続されている。

特許文献１は、低周波数用、中周波数用又は高周波数用の各トランスデューサ素子Ｔｒに１つのインダクタを接続し、それらを選択して駆動するスイッチング回路を開示する。また特許文献１は、１つのトランスデューサ素子に低周波数用及び高周波数用の２つのインダクタをトランスデューサ素子に対してそれぞれ直列に接続し、それらを選択して駆動するスイッチング回路を開示する。

特開２００３−３３９７００号公報

しかしながら、多くのインダクタがトランスデューサ素子に用意されるとインダクタの占める体積（又は面積）が大きくなる。このため、特に送信時に大きな電流を流すようにするとインダクタの定格電流が大きくなくてはならず、引用文献１の図４に記載されるように、インダクタは、超音波プローブに内蔵されるのではなく、超音波プローブ外のコネクタ等に配置される。また、近年、操作者が超音波プローブを取り扱い易くするため、超音波プローブの小型化が望まれている。小型化が進む超音波プローブには、ますますインダクタを内蔵することが困難になっている。

そこで本発明は、電流制限器とインダクタとを使用して、小型の超音波プローブ及びその超音波プローブを使った超音波診断装置を提供する。

第１の観点は、被検体を超音波診断する超音波診断装置に接続される超音波プローブである。超音波プローブは、被検体に超音波を送信するとともに被検体から反射される超音波エコーを受信するトランスデューサ素子Ｔｒと、トランスデューサ素子Ｔｒに並列に接続されるインダクタと、インダクタに接続され、インダクタに流れる電流を所定電流以下に制限する電流制限器と、を備える。

インダクタは、超音波エコーの周波数を調整する。また、超音波を送信する際には、電流制限器はインダクタを動作させないようにし、超音波を送信する際には、電流制限器はインダクタを動作させる。
さらに、超音波プローブは、超音波プローブで受信した超音波エコーを超音波診断装置に伝送するケーブルを備え、インダクタ及び電流制限器は、ケーブルの超音波プローブ側又はケーブルの超音波診断装置側に配置される。
また、トランスデューサ素子は、アレイ方向に一次元に配置されている又はアレイ方向及びアレイ方向に直交するエレベーション方向に二次元に配置されている。

第２の観点は、超音波プローブと、超音波プローブに接続される超音波診断装置と、を備える超音波診断装置である。

本発明は、電流制限器とインダクタとを使用した小型の超音波プローブを提供することができる。

超音波画像診断装置の実施の形態の一例を示す概略図である。 超音波プローブ２０を示すブロック図である。 周波数調整回路１０の配置例であり、（ａ）は第１例、（ｂ）は第２例である。 電流制限回路１８の例を示しており、（ａ）はダイオードを使用した回路であり、（ｂ）はＭＯＳＦＥＴを使用した回路である。

（第１実施形態）
（超音波診断装置の構成）
図１は、第１実施形態の超音波診断装置１００の一例を示す概略図である。図１に示されるように、超音波診断装置１００は、超音波診断装置本体１０１とこの装置本体１０１と接続された超音波プローブ２０とを有している。この超音波プローブ２０は、ケーブル１０３及びコネクタ１０５を介して超音波診断装置本体１０１と接続されている。

超音波プローブ２０は、トランスデューサ素子Ｔｒと周波数調整回路１０とが設けられている。トランスデューサ素子Ｔｒは、送信部（不図示）から所定の超音波送信信号を受けて被検体に超音波を送信する。またトランスデューサ素子Ｔｒは、被検体から反射されてきた超音波エコーを受信する。超音波エコーは周波数調整回路１０を経由して受信部（不図示）に送られる。

超音波診断装置本体１０１には、周波数調整回路１０からの超音波エコー信号がケーブル１０３及びコネクタ１０５を介して入力される。超音波エコー信号は、装置本体１０１内の図示しないＡ／Ｄ変換部においてＡ／Ｄ変換される。そして、超音波診断装置１００は、Ａ／Ｄ変換後の超音波エコー信号に基づいて超音波画像を作成し、この超音波画像が超音波診断装置本体１０１の表示部１０７に表示される。

（超音波プローブの構成）
図２は、超音波プローブ２０を示すブロック図である。超音波プローブ２０は、チャンネル０（ｃｈ０）〜チャンネル１９１（ｃｈ１９１）まで設けられた複数のトランスデューサ素子Ｔｒを有している。また各トランスデューサ素子Ｔｒは、並列に配置されたインダクタ１６を有している。そのインダクタ１６は、インダクタ１６に流れる電流を制限する電流制限回路１８がインダクタ１６に直列に接続されている。インダクタ１６は、トランスデューサ素子Ｔｒの共振周波数を調整し、トランスデューサ素子Ｔｒが受信する超音波エコー信号のＳＮ比を向上させる役目を有する。

インダクタ１６は、超音波プローブ２０を小型化するために、小型のインダクタ１６を用いる。例えばＳＭＤ（Surface Mounted Device）タイプのインダクタ１６は、約１．８ｍｍ（Ｌ）＊０．８ｍｍ（Ｗ）＊０．８ｍｍ（Ｈ）の大きさである。このような小型のインダクタ１６は、定格電流が例えば０．０１Ａである。

一方、大きな電流をトランスデューサ素子Ｔｒに流した方が大きな超音波を被検体に送信できる。このため被検体に超音波を送信する際に、トランスデューサ素子Ｔｒに並列に配置されたインダクタ１６には、例えば０．６Ａの電流が流れる。このため、定格電流が例えば０．７Ａのインダクタ１６を用意する必要がある。定格電流０．７Ａのインダクタ１６の大きさは、約４．０ｍｍ（Ｌ）＊４．０ｍｍ（Ｗ）＊１．８ｍｍ（Ｈ）の大きさである。この大きさのインダクタ１６が１９２個すべてのチェンネルに設置されると、超音波プローブ２０が非常に大きくなってしまう。

本実施形態では、電流制限回路１８が小型のインダクタ１６に直列に接続されている。上述したように、定格電流が０．０１Ａのインダクタ１６の体積は、定格電流０．７Ａのインダクタ１６の体積の約１／２５である。また定格電流が０．０１Ａのインダクタ１６の体積と電流制限回路１８の体積とを含めて比較しても、約１／４〜１／３となる。したがって、本実施形態の構成では、超音波プローブ２０が小型化できる。

本実施形態では、電流制限回路１８は、例えば上限値が０．０１Ａに設定されてあり、０．０１Ａより大きな電流がインダクタ１６に流れ込むと、インダクタ１６からアースへの電流を切断する。したがって、被検体に超音波を送信する際には、送信部（不図示）はトランスデューサ素子Ｔｒに例えば０．６Ａの電流が流れるが、電流制限回路１８は電流を遮断し、インダクタ１６を動作させないようにする。このためインダクタ１６は過電流から保護される。一方、被検体から反射された超音波エコーを受信する際には、トランスデューサ素子Ｔｒからの超音波エコー信号は、その電流が０．０１Ａ以下であり、電流制限回路１８はインダクタ１６を動作させる。そしてインダクタ１６は超音波エコー信号のＳＮ比を向上させる。

本実施形態では、１９２個のトランスデューサ素子Ｔｒが、アレイ方向に整列した例を示している。いわゆる１Ｄアレイ振動素子である。しかし、本実施形態は１Ｄアレイ振動素子に限定されない。図示しないが、１．２５Ｄアレイ振動素子に並列に周波数調整回路１０（インダクタ１６及び電流制限回路１８）を配置してもよい。１．２５Ｄアレイ振動素子は、エレベーション方向（アレイ方向に直交する方向）にペアで整列した複数のトランスデューサ素子Ｔｒによって構成され、不図示のスイッチ回路のペア選択により、エレベーション方向のペアのトランスデューサ素子Ｔｒに信号が供給される振動素子である。図示しないが、１．５Ｄアレイ振動素子に本実施形態を適用してもよい。１．５Ｄアレイ振動素子は、エレベーション方向に整列されるトランスデューサ素子Ｔｒによって構成され、ペアではなく独立してエレベーション方向にトランスデューサ素子Ｔｒが制御される振動素子である。

（周波数調整回路の構成）
図３は、周波数調整回路１０の配置位置を示すブロック図である。図３（ａ）は、図２で説明した周波数調整回路１０の配置例である。図３（ｂ）は、周波数調整回路１０の別の配置例である。

図３（ａ）では、周波数調整回路１０が超音波プローブ２０に内蔵されている。そして、超音波エコー信号は、ケーブル１０３及びコネクタ１０５を介して装置本体１０１に接続される。コネクタ１０５内は、配線のみで周波数調整回路１０が内蔵されていない。

一方、図３（ｂ）では、周波数調整回路１０がコネクタ１０５に内蔵されている。トランスデューサ素子Ｔｒで受信した超音波エコー信号は、ケーブル１０３を介してコネクタ１０５に送られる。そして、コネクタ１０５内の周波数調整回路１０で、超音波エコーがＳＮ比を向上させる。超音波プローブ２０は、インダクタ１６及び電流制限回路１８を有さないので、さらに超音波プローブ２０が小型化される。

（電流制限回路の構成）
図４は、電流制限回路１８を示すブロック図である。図４（ａ）は、ダイオードを使った電流制限回路１８ａの例である。図４（ｂ）は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）を使った電流制限回路１８ｂの例である。電流制限回路１８ａ及び電流制限回路１８ｂは、ともにインダクタ１６に過電流が流れる際に、電流を遮断する機能を有する。

図４（ａ）に示される電流制限回路１８ａは、一端にインダクタ１６を接続し他端にアースを接続する。また、直流電源ＤＣ１及びＤＣ２が設けられており、直流電源ＤＣ１の＋側に直列接続された抵抗Ｒ１が、ＰＮ接続ダイオードＤ１及びＤ２のアノードに接続される。ＰＮ接続ダイオードＤ１及びＤ２は並列に配置され、ＰＮ接続ダイオードＤ１のカソードがインダクタ１６に接続され、ＰＮ接続ダイオードＤ２のカソードがアースに接続されている。また、直流電源ＤＣ２の＋側に直列接続された抵抗Ｒ２が、ＰＮ接続ダイオードＤ３及びＤ４のカソードに接続される。ＰＮ接続ダイオードＤ３及びＤ４は並列に配置され、ＰＮ接続ダイオードＤ３のアノードがインダクタ１６に接続され、ＰＮ接続ダイオードＤ４のアノードがアースに接続されている。

抵抗Ｒ１及びＲ２並びに直流電源ＤＣ１及びＤＣ２の設定により、所定以上の電流がインダクタ１６に流れる際に、電流の流れを遮断する。

図４（ｂ）に示される電流制限回路１８ｂは、２つのＭＯＳＦＥＴ（ＭＦ１及びＭＦ２）を有しており、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＦ１）のドレインにインダクタ１６を接続しＭＯＳＦＥＴ（ＭＦ２）のソースにアースを接続する。また、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＦ１）のソースとＭＯＳＦＥＴ（ＭＦ２）のドレインとは、抵抗Ｒ３で接続されている。抵抗Ｒ３に並行に、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＦ１）のゲートに接続されたコンデンサＣ１が配置され、さらにＭＯＳＦＥＴ（ＭＦ２）のゲートに接続されたコンデンサＣ２が配置されている。また、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＦ１）のゲートは、抵抗Ｒ４を経由して直流電源ＤＣ３に接続され、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＦ２）のゲートは、抵抗Ｒ５を経由して直流電源ＤＣ３に接続される。

１０ … 周波数調整回路
１６ … インダクタ
１８ … 電流制限回路
２０ … 超音波プローブ
１００ … 超音波診断装置
１０１ … 超音波診断装置本体
１０３ … ケーブル
１０５ … コネクタ
１０７ … 表示部
Ｔｒ … トランスデューサ素子

Claims (6)

1. 被検体を超音波診断する超音波診断装置に接続される超音波プローブであって、
   前記被検体に超音波を送信するとともに前記被検体から反射される超音波エコーを受信するトランスデューサ素子と、
   前記トランスデューサ素子に並列に接続されるインダクタと、
   前記インダクタに接続され、前記インダクタに流れる電流を所定電流以下に制限する電流制限器と、
   を備える超音波プローブ。
2. 前記インダクタは、前記超音波エコーを調整する請求項１に記載の超音波プローブ。
3. 前記超音波を送信する際には、前記電流制限器は前記インダクタを動作させないようにし、前記超音波を受信する際には、前記電流制限器は前記インダクタを動作させる請求項１又は請求項２に記載の超音波プローブ。
4. 前記超音波プローブは、前記超音波プローブで受信した前記超音波エコーを前記超音波診断装置に伝送するケーブルを備え、
   前記インダクタ及び前記電流制限器は、前記ケーブルの前記超音波プローブ側又は前記ケーブルの前記超音波診断装置側に配置される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
5. 前記トランスデューサ素子Ｔｒは、アレイ方向に配置されている又は前記アレイ方向及び前記アレイ方向に直交するエレベーション方向に配置されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の超音波プローブ。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の超音波プローブと、
   前記超音波プローブに接続される超音波診断装置本体と、を備える超音波診断装置。